Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания

Предлагаемое техническое решение относится к испытательной технике, а именно к средствам для испытания турбокомпрессоров, агрегатированых с двигателями, приводимыми ими в действие. Задача предлагаемой полезной модели состоит в повышении точности и эффективности проводимых испытаний на любых нагрузочных режимах путем имитации реальных режимов нагружения испытываемых турбокомпрессоров, а также в расширении диапазона мощностей и номенклатуры испытываемых турбокомпрессоров с увеличенными диаметрами рабочих колес компрессора и с охлаждением среднего корпуса. Предлагаемый стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания содержит сообщенные с атмосферой патрубки подвода воздуха к испытываемому ТКР и отвода уходящих газов, обводной U-образный воздухоподающий патрубок, сообщающий напорный патрубок компрессора с входным патрубком турбины испытываемого ТКР, систему «горячего» запуска турбины испытуемого ТКР, включающую камеру сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви обводного патрубка перед входным патрубком турбины ТКР и снабженную по меньшей мере одной топливной форсункой, систему «холодного» запуска турбины испытываемого ТКР, включающую компрессорную станцию, подключенную выходным напорным патрубком к обводному воздухоподающему патрубку перед входным патрубком турбины ТКР. Выходной напорный патрубок компрессорной станции снабжен виброкомпенсатором и управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, установленным с возможностью выполнения функции аварийного клапана. Стенд дополнительно снабжен распределительным воздухоподающим трубопроводом, выполненным в виде замкнутого ромбовидного патрубка, снабженного управляемыми перепускными клапанами с регулируемыми поворотными заслонками, каждый из которых расположен на одной из сторон ромба, и снабженного по наружной стороне ромба отверстиями, расположенными в зонах между смежными его сторонами с возможностью сообщения противолежащих отверстий патрубка, расположенных в одной плоскости, с выходом напорного патрубка компрессорной станции и с ветвью обводного патрубка, сообщенной с напорным патрубком компрессора испытываемого ТКР, и с возможностью сообщения противолежащих отверстий патрубка в перпендикулярной плоскости с ветвью обводного патрубка, содержащей камеру сгорания, и со спускным патрубком, сообщенным с атмосферой. Каждая ветвь обводного патрубка снабжена термокомпенсатором и управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, а ветвь, содержащая камеру сгорания, дополнительно снабжена байпасным трубопроводом, сообщенным с этой ветвью обводного патрубка до и после установленного в ней клапана, и снабжена в байпасном трубопроводе дополнительным управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой. Устройство управления стендом содержит пульт управления ТКР с блоком управления, включающим программный пакет, панель управления, органы управления, размещенные на панели управления, и элемент преобразования сигналов указанных средств, выполненный в виде контроллера, при этом выходы указанных средств для контроля параметров испытываемого ТКР соединены с блоком управления, а также воздухоподающую, топливную и масляную системы, которые осуществляют функционирование стенда. Камера сгорания дополнительно снабжена индикатором и детектором пламени. Устройство управления стендом дополнительно содержит шкаф управления, подключенный к пульту управления посредством внутренней шины «X2X», включающий входной клеммный терминал, системы ввода и вывода, приводы и выходной клеммный терминал. Элемент преобразования сигналов средств для контроля параметров выполнен в виде контроллера, введенного в состав блока управления, причем шкаф управления подключен входом своей системы ввода к выходам средств контроля параметров испытываемого ТКР и к выходам приводов, а органы управления, размещенные на панели управления, включают регуляторы, выполненные, например, в виде энкодеров, стенд дополнительно оборудован автономным технологическим компрессором. Привод регулируемых поворотных заслонок управляемых перепускных клапанов сообщен с технологическим компрессором и снабжен позиционерами, установленными с возможностью электрического регулирования положения каждой из заслонок и с возможностью осуществления перевода каждого клапана в закрытое или открытое положение. Средства для контроля параметров испытываемого ТКР дополнительно содержат датчики расхода воздуха, размещенные в ветви обводного патрубка, содержащей камеру сгорания, и перед воздушным фильтром компрессора испытываемого ТКР, а также датчики температуры и давления воздуха в выходном напорном патрубке компрессорной станции. Полезная модель содержит: 1 нз.п. ф-лы, 4 зп. ф-лы и 4 илл.

Предлагаемое техническое решение относится к испытательной технике, а именно к средствам для испытания турбокомпрессоров, машин и двигателей, в частности, к агрегатированию турбин с двигателями, приводимыми ими в действие.

Уже известен стенд для испытания турбокомпрессоров /ТКР/ двигателей внутреннего сгорания, содержащий средства для горячих испытаний и контроля параметров турбокомпрессоров, включающие установленные на его корпусе патрубки для подвода к испытываемому турбокомпрессору воздуха и отвода уходящих газов, съемный обводной U-образный канал, соединяющий выходной патрубок компрессора с входным патрубком турбины турбокомпрессора, и камеру сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви обводного канала перед входным патрубком турбины, причем система запуска турбокомпрессора выполнена с возможностью раскрутки турбины воздушным потоком от стороннего компрессора, выход системы подачи топлива соединен через регулятор расхода топлива с топливной форсункой в камере сгорания, выход системы подачи масла соединен через регулятор расхода масла с каналом подвода масла к подшипниковому узлу турбокомпрессора, а средства для контроля параметров турбокомпрессора включают датчик скорости вращения ротора, датчики температуры, давления и расхода топлива и масла, газовоздушный тракт стенда снабжен датчиками температуры и давления среды на входе и выходе компрессора и турбины, при этом выходы указанных датчиков соединены через многоканальный усилитель с блоком управления, входящим в состав пульта управления.

Кроме того стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания может включать систему холодного запуска, выполненную в виде сопла, размещенного в обводном канале в области камеры сгорания и соединенного с выходом стороннего /так называемого технологического/ компрессора, датчики давления могут быть выполнены с возможностью формирования электрического выходного сигнала одновременно с отображением показаний манометрами.

При этом патрубки для подвода к испытываемому турбокомпрессору воздуха и отвода уходящих газов и съемный обводной U-образный канал стенда могут быть снабжены быстросъемными фланцевыми соединениями с набором крепежных приспособлений и проставок для установки в рабочее положение турбокомпрессоров различных производителей. /Патент РФ 89617 на полезную модель, F01D 15/00, опубл. 2009 г./

Недостатками известного стенда является невозможность проведения эффективных испытаний турбокомпрессоров с большими диаметрами рабочих колес, имеющими охлаждаемый средний корпус, а также недостаток электронных средств для выявления и обработки основных технических параметров.

Задача предлагаемой полезной модели состоит в повышении точности и эффективности проводимых испытаний на любых нагрузочных режимах путем имитации реальных режимов нагружения испытываемых турбокомпрессоров, а также в расширении диапазона мощностей и номенклатуры испытываемых турбокомпрессоров с увеличенными диаметрами рабочих колес компрессора и с охлаждением среднего корпуса.

Для решения поставленной задачи с достижением заявленного технического результата в известном стенде для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания, содержащем корпус и установленные на нем и сообщенные с атмосферой патрубки подвода воздуха к испытываемому ТКР и отвода уходящих газов обводной U-образный воздухоподающий патрубок, сообщающий напорный патрубок компрессора с входным патрубком турбины испытываемого ТКР, систему «горячего» запуска турбины испытываемого ТКР, включающую камеру сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви обводного патрубка перед входным патрубком турбины ТКР и снабженную, по меньшей мере, одной топливной форсункой, систему « холодного» запуска турбины испытываемого ТКР, выполненную с возможностью раскрутки турбины своим воздушным потоком и включающую сторонний компрессор, подключенный выходным напорным патрубком к обводному воздухоподающему патрубку перед входным патрубком турбины ТКР, топливную систему, выполненную в виде контура принудительной циркуляции, включающего топливный бак, насос, топливные фильтры и систему зажигания со свечой зажигания, и снабженную по меньшей мере одним регулятором расхода топлива и соединенную через последний с соответствующей топливной форсункой, масляную систему, выполненную в виде контура принудительной циркуляции, включающего масляную емкость с теплообменником, насос, по меньшей мере один масляный фильтр, снабженную по меньшей мере одним регулятором расхода масла и подключенную к подшипниковому узлу ТКР, средства для контроля параметров испытываемого ТКР, включающие датчик скорости вращения ротора ТКР, датчик вибрации ТКР, датчики температуры и давления среды газо-воздушного тракта на входе и выходе компрессора и турбины ТКР, датчики температуры, давления и расхода топлива и масла, устройство управления стендом, содержащее пульт управления ТКР с блоком управления, включающим программный пакет, панель управления, органы управления, размещенные на панели управления, и элемент преобразования сигналов указанных средств для контроля параметров, при этом выходы указанных средств для контроля параметров испытываемого ТКР соединены с блоком управления, согласно предлагаемой полезной модели, сторонний компрессор выполнен в виде компрессорной станции и ее выходной напорный патрубок снабжен виброкомпенсатором и управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, установленным с возможностью выполнения функции аварийного клапана, а стенд дополнительно снабжен распределительным воздухоподающим трубопроводом, выполненным в виде замкнутого ромбовидного патрубка, снабженного управляемыми перепускными клапанами с регулируемыми поворотными заслонками, каждый из которых расположен на одной из сторон ромба, и снабженного по наружной стороне ромба отверстиями, расположенными в зонах между смежными его сторонами с возможностью сообщения противолежащих отверстий патрубка, расположенных в одной плоскости, с выходом напорного патрубка компрессорной станции и с ветвью обводного патрубка, сообщенной с напорным патрубком компрессора испытываемого ТКР, и с возможностью сообщения противолежащих отверстий патрубка в перпендикулярной плоскости с ветвью обводного патрубка, содержащей камеру сгорания, и со спускным патрубком, сообщенным с атмосферой, каждая ветвь обводного патрубка снабжена термокомпенсатором и управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, а ветвь, содержащая камеру сгорания, дополнительно снабжена байпасным трубопроводом, сообщенным с этой ветвью обводного патрубка до и после установленного в ней клапана, и снабжена в байпасном трубопроводе дополнительным управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, средства для контроля параметров испытываемого ТКР дополнительно содержат датчики расхода воздуха, размещенные в ветви обводного патрубка, содержащей камеру сгорания, и перед воздушным фильтром компрессора испытываемого ТКР, а также датчики температуры и давления воздуха в выходном напорном патрубке компрессорной станции, камера сгорания дополнительно снабжена индикатором и детектором пламени, устройство управления стендом дополнительно содержит шкаф управления, подключенный к пульту управления посредством внутренней шины «X2X», включающий входной клеммный терминал, системы ввода и вывода, приводы и выходной клеммный терминал, а элемент преобразования сигналов средств для контроля параметров выполнен в виде контроллера, введенного в состав блока управления, причем шкаф управления подключен входом своей системы ввода к выходам средств контроля параметров испытываемого ТКР и к выходам приводов, а органы управления, размещенные на панели управления, включают регуляторы, выполненные, например, в виде энкодеров, стенд дополнительно оборудован автономным технологическим компрессором, а привод регулируемых поворотных заслонок управляемых перепускных клапанов сообщен с технологическим компрессором и снабжен позиционерами, установленными с возможностью электрического регулирования положения каждой из заслонок и с возможностью осуществления перевода каждого клапана в закрытое или открытое положение.

Масляная система может содержать дополнительный датчик давления масла, расположенный перед фильтром по направлению циркуляции масла в контуре.

Между камерой сгорания и входным патрубком турбины испытываемого ТКР может быть дополнительно установлен ресивер.

Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания, имеющих полости охлаждения внутри среднего корпуса ТКР или имеющих полости охлаждения в корпусе турбины ТКР, может дополнительно содержать систему охлаждения охлаждающей жидкостью, которая подключена к полостям охлаждения среднего корпуса ТКР и/или корпуса турбины /не показаны/ ТКР. Такая система охлаждения выполнена в виде контура принудительной циркуляции, включающего емкость с охлаждающей жидкостью, снабженную датчиком температуры охлаждающей жидкости, радиатор, принудительно охлаждаемый воздухом от вентилятора с электроприводом, регулятор расхода охлаждающей жидкости, байпасный трубопровод контура циркуляции с перепускным клапаном, сообщенные между собой трубопроводами охлаждающей жидкости и снабженными средства для контроля параметров ТКР, выполненными в виде датчика расхода охлаждающей жидкости, датчика давления охлаждающей жидкости и двух датчиков температуры охлаждающей жидкости, один из которых размещен в трубопроводе подачи охлаждающей жидкости к полостям охлаждения ТКР, а другой датчик температуры размещен в трубопроводе отвода охлаждающей жидкости из полостей охлаждения ТКР Кроме того внутри емкости с охлаждающей жидкостью установлен датчик температуры охлаждающей жидкости.

Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания может быть оборудован автоматизированным рабочим местом, связанным с пультом управления посредством интерфейсов, например, RS 485 или RS232 или Ethernet.

Сущность предлагаемого стенда для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания поясняется графически.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого стенда для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания с диаметром колеса компрессора.

На фиг. 2 представлена функциональная схема предлагаемого стенда.

На фиг. 3 представлена функциональная схема управления предлагаемым стендом.

На фиг. 4 представлена схема привода поворотной заслонки управляемого перепускного клапана.

Предлагаемый стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания содержит корпус /не показан/ и установленные на нем испытываемый турбокомпрессор 1, включающий компрессор 2 и турбину 3, и сообщенные с атмосферой патрубок 4 подвода воздуха к испытываемому ТКР 1 с установленным в нем воздушным фильтром 5 и патрубок 6 отвода уходящих газов от ТКР 1, а также обводной U-образный воздухоподающий патрубок 7, сообщающий напорный патрубок 8 компрессора 3 с входным патрубком 9 турбины 3 испытуемого ТКР 1. Обводной U-образный воздухоподающий патрубок 7 содержит две ветви, одна 10 из них сообщена с напорным патрубком 8 компрессора 2, а другая ветвь 11 сообщена с входным патрубком 9 турбины 3 испытываемого ТКР 1.

Система «горячего» запуска турбины 3 испытуемого ТКР 1 включает камеру 12 сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви 11 обводного патрубка 7 перед входным патрубком 9 турбины 3 ТКР 1.

Камера 12 сгорания снабжена по меньшей мере одной топливной форсункой 13, свечой 14 зажигания, индикатором 15 пламени, по которому визуально определяется горение, и детектором 16 пламени.

Стенд содержит топливную систему, которая выполнена в виде контура принудительной циркуляции и включает топливный бак 17, топливный насос 18, например, один топливный фильтр 19. Топливная система снабжена по меньшей мере одним регулятором 20 расхода топлива и подключена топливопроводами 21, снабженными по меньшей мере одним вентилем 22, через этот регулятор 20 расхода топлива, например, к топливной форсунке 13. В топливной системе также расположены средства для контроля параметров ТКР 1.Это регулятор 23 расхода топлива и датчики 24 и 25 температуры и давления топлива, соответственно, и датчик 26 уровня топлива в баке 17.

Газо-воздушный тракт на входе компрессора ТКР 1 содержит регулятор 27 газовоздушной среды, датчик 28 температуры и датчик 29 давления газо-воздушной среды.

Газо-воздушный тракт на выходе компрессора ТКР 1 содержит датчик 30 температуры и датчик 31 давления газо-воздушной среды.

Газо-воздушный тракт на входе турбины ТКР 1 содержит регулятор 32 газовоздушной среды, датчик 33 температуры и датчик 34 давления газо-воздушной среды.

Газо-воздушный тракт на выходе турбины ТКР 1 содержит датчик 35 температуры и датчик 36 давления газо-воздушной среды.

Кроме того испытываемый на стенде ТКР 1 содержит датчик 37 скорости вращения ротора ТКР и датчик 38 вибрации ТКР.

Стенд содержит также масляную систему, которая подключена к подшипниковому узлу 39 ТКР1, размещенному в среднем корпусе 40 ТКР 1, и выполнена в виде контура принудительной циркуляции, включающего масляную емкость 41 с теплообменником 42, масляный насос 43, по меньшей мере один масляный фильтр 44 и регулятор 45 расхода масла, сообщенные между собой маслопроводами 46. В масляной системе также расположены средства для контроля параметров ТКР 1 - датчики 47 и 48 температуры и давления, соответственно, на входе в подшипниковый узел 39 ТКР 1, соответственно, и датчики 49 и 50 температуры и давления масла, соответственно, на выходе из подшипникового узла 39 ТКР 1.

Внутри масляной емкости 41 установлен датчик 51 температуры масла, а перед масляным фильтром 44 по направлению циркуляции масла в контуре масляная система содержит дополнительный датчик 52 давления масла. Регулирование потока воды через теплообменник 42 осуществляют посредством вентиля 53.

Для турбокомпрессоров в большими размерами диаметра колеса компрессора стенд может содержать систему охлаждения охлаждающей жидкостью, которая подключена к полостям 54 охлаждения среднего корпуса 40 ТКР 1 и выполнена в виде контура принудительной циркуляции, включающего емкость 55 с охлаждающей жидкостью, насос 56, радиатор 57, принудительно охлаждаемый воздухом от вентилятора 58 с электроприводом, байпасный трубопровод 59 контура циркуляции, регулятор 60 расхода охлаждающей жидкости, сообщенные между собой трубопроводами 61 подачи охлаждающей жидкости.

В системе охлаждения также расположены средства для контроля параметров ТКР 1 -регулятор 62 расхода охлаждающей жидкости, датчик 63 давления охлаждающей жидкости и два датчика 64 и 65 температуры охлаждающей жидкости, один из которых 64 размещен в трубопроводе 61 подачи охлаждающей жидкости к полостям 54 охлаждения среднего корпуса 40 ТКР 1, а другой датчик 65 температуры размещен в трубопроводе 66 отвода охлаждающей жидкости из полостей 54 охлаждения среднего корпуса 40 ТКР 1. Кроме того внутри емкости 55 с охлаждающей жидкостью установлен датчик 67 температуры охлаждающей жидкости.

Система «холодного» запуска турбины 3 испытуемого ТКР 1 выполнена с возможностью раскрутки турбины своим воздушным потоком. Она включает компрессорную станцию 68, содержащую несколько компрессорных установок, сообщенных между собой своими патрубками и снабженных регулировочной аппаратурой /не показана/.

Выходной напорный патрубок 69 компрессорной станции 68 снабжен виброкомпенсатором 70 и управляемым перепускным клапаном 71 с регулируемой поворотной заслонкой, установленым с возможностью выполнения функции аварийного клапана. Кроме того в выходном напорном патрубке 69 компрессорной станции 68 размещен датчик 72 давления воздуха и датчик 73 температуры воздуха, нагнетаемого компрессорной станцией 68.

Стенд дополнительно снабжен распределительным воздухоподающим трубопроводом, выполненным в виде замкнутого ромбовидного патрубка, каждая из четырех сторон 74, 75, 76 и 77 ромба которого снабжена управляемым перепускным клапаном 78, 79, 80 и 81, соответственно, с регулируемой поворотной заслонкой, а противолежащие зоны между смежными сторонами ромба сообщены с одной стороны с выходным напорным патрубком 69 компрессорной станции 68, и с другой стороны с ветвью 10 обводного патрубка 7, сообщенной с напорным патрубком 8 компрессора 2 испытываемого ТКР1, а противолежащие зоны между смежными сторонами ромба во взаимно перпендикулярной плоскости сообщены с одной стороны с ветвью 11 обводного патрубка 7, содержащей камеру сгорания 12, и с другой стороны со спускным патрубком 82, сообщенным с атмосферой.

В ветви 11 обводного патрубка 7 установлен термокомпенсатор 83, а в ветви 10, сообщенной с компрессором 2 ТКР 1, установлен термокомпенсатор 84. Кроме того ветвь 10 обводного патрубка 7 дополнительно снабжена управляемым перепускным клапаном 85 с регулируемой поворотной заслонкой, размещенным вблизи обводного патрубка 7.

При этом ветвь 11 обводного патрубка 7, содержащая камеру 12 сгорания, дополнительно снабжена байпасным трубопроводом 86 и двумя управляемыми перепускными клапанами 87 и 88 с регулируемыми поворотными заслонками, из которых клапан 87 размещен между термокомпенсатором 83 и камерой сгорания 12, а второй клапан 88 размещен в байпасном трубопроводе 86, сообщенном с ветвью 11 обводного патрубка 7 до и после клапана 87.

Привод регулируемых поворотных заслонок управляемых перепускных клапанов выполнен пневматическим посредством сообщения с автономным технологическим компрессором 89 и снабжен позиционерами 90, установленными с возможностью электрического регулирования положения каждой из заслонок и с возможностью осуществления перевода каждого клапана в закрытое или открытое положение.

Устройство управления стендом содержит пульт 91 управления ТКР 1 с блоком 92 управления и программным пакетом 93, панель 94 управления, органы 95 управления, размещенные на панели 94 управления, и шкаф 96 управления, подключенный к пульту 91 управления посредством внутренней шины «X2X» 97. Шкаф 96 управления включает входной клеммный терминал, системы ввода и вывода, приводы и выходной клеммный терминал /не показаны/. Элемент преобразования сигналов средств для контроля параметров выполнен в виде контроллера 98, введенного в состав блока 92 управления, причем шкаф 96 управления подключен входом своей системы ввода к выходам средств контроля параметров испытываемого ТКР и к выходам приводов, например, приводов поворотных заслонок. Выходы средств для контроля параметров испытываемого ТКР: датчиков, расходомеров, детектора пламени и прочих средств измерения параметров стенда соединены с блоком 92 управления.

Органы 95 управления, размещенные на панели 94 управления, включают регуляторы, выполненные, например, в виде энкодеров.

Стенд оборудован автоматизированным рабочим местом 99 оператора. Связь контроллера 98 со средствами измерения параметров осуществлена посредством посредством внутренней шины X2X 97. Органы 95 управления включают регуляторы, выполненные, например, в виде энкодеров. Детектор 16 пламени, подключен своим выходом ко входу контроллера 98.

Стенд оборудован автоматизированным рабочим местом 99 оператора связано с пультом 91 управления посредством интерфейсов, например, RS 485 или RS232 или посредством локальной вычислительной сети Ethernet.

Камера сгорания 12 для сжигания углеводородного топлива обеспечивает подвод горячих газов к входному патрубку 9 турбины 3 ТКР. Для эффективности накопления горячих газов между камерой сгорания 12 и входным патрубком 9 турбины 3 ТКР может быть дополнительно установлен ресивер 100.

Представленный на фиг. 4 привод регулируемой поворотной заслонки 101 каждого управляемого перепускного клапана выполнен пневматическим посредством сообщения переключающего устройства 102 с автономным технологическим компрессором 103, а перевод положения заслонки из открытого в закрытое осуществлен благодаря воздействию электросигнала управления от позиционера 104, установленного на переключающем устройстве каждого клапана.

Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания функционирует следующим образом.

Для испытания турбокомпрессор 1 устанавливают на корпусе стенда. К нижним патрубкам турбокомпрессора подсоединяют обводной, например, U-образный патрубок 7. Сначала проводят холодный запуск ТКР, подключая компрессорную станцию 68 с высокоскоростным воздушным потоком воздуха. Испытания ТКР 1 проводят на низких и высоких оборотах ротора ТКР. При этом формируются и фиксируются аппаратурой сигналы от датчика 37 скорости вращения ротора ТКР 1 и от датчика 27 расхода, от датчика 28 температуры и от датчика 29 давления газо-воздушной среды на входе в компрессор 2 ТКР 1, а также от датчика 35 температуры и от датчика 36 давления газовоздушной среды на выходе из турбины 3 ТКР 1, от датчика 30 температуры и от датчика 31 давления, установленных в ветви 10 обводного патрубка 7 вблизи напорного патрубка 8 на выходе из компрессора 2 ТКР 1, и от датчика расхода 32, от датчика 33 температуры и от датчика 34 давления, установленных в ветви 11, содержащей камеру сгорания 12, на входе в турбину 3 ТКР 1 и от датчика 73 давления и от датчика температуры 74 воздуха в нагнетательном патрубке 69, подключенном к компрессорной станции 68. Также фиксируются показатели датчика 23 расхода топлива, датчиков 27 и 32 расхода газо-воздушной среды на входе в компрессор 2 и на входе в турбину 3 ТКР1, соответственно, а также регуляторов 20, 45 и 62 расхода топлива, масла и охлаждающей жидкости, соответственно, и регулятора 32 расхода газовоздушной среды как в ветви 11 обводного патрубка 7, так и регулятора 27 расхода газовоздушной среды в патрубке 4 подвода воздуха к компрессору 2 ТКР 1.

Кроме того фиксируются показатели датчика 51 температуры масла внутри масляной емкости 55, а также показатели дополнительного датчика 52 давления масла перед масляным фильтром 44 по направлению циркуляции масла в контуре.

Аналоговые сигналы от указанных датчиков преобразуются в цифровую форму для отображения параметров ТКР на приборной панели 94 пульта управления, а также для выработки сигналов управления с целью изменения расхода топлива, масла, охлаждающей воды или газо-воздушной среды.

На лицевой панели 94 пульта управления расположены средства для управления системами топливоподачи, подачи масла, зажигания топливовоздушной смеси и регуляторами расхода топлива, масла и газо-воздушной среды.

Посредством повторных операций холодной прокрутки и горячих испытаний осуществляют доводку параметров испытываемого турбокомпрессора до нормативных.

При этом горячий запуск турбокомпрессора обеспечивают путем подачи топлива через пусковую топливную форсунку 13 посредством регулятора 20 расхода топлива. Перед холодным и горячим запусками под заданным давлением подводят масло к подшипниковому узлу 39 турбокомпрессора 1 через регулятор 45 расхода масла.

После достижения необходимых оборотов ротора турбокомпрессора 1 при холодном запуске и достижении заданного значения обогащения топливовоздушной смеси в камере сгорания 12 блок 92 управления формирует управляющий сигнал на запуск системы зажигания для подачи рабочего напряжения на свечу 14 зажигания.

После возгорания топливовоздушной смеси продукты сгорания, накапливаясь в рессивере 100, поступают на вход турбины 3, обеспечивая вращение колеса компрессора 2, нагнетающего свежий воздух в камеру сгорания 12. После выхода турбокомпрессора 1 на режим холостого хода отключают подачу воздуха от компрессорной станции 68.

Указанные средства контроля параметров турбокомпрессора 1 обеспечивают измерение с заданной точностью скорости вращения ротора, температуры, давления и расхода топлива масла и газовоздушной среды. Датчики в газовоздушном тракте стенда обеспечивают измерение расхода, температуры и давления воздуха на входе и выходе компрессора 2 и турбины 3 турбокомпрекссора 1. Выходные аналоговые сигналы от указанных датчиков поступают на вход контроллера 98 для оцифровки и выработки сигналов управления системами стенда в соответствии с программой текущих испытаний заложенной в программном пакете 93. Для проведения управления процессом испытания турбокомпрессора в ручном режиме на лицевой панели 94 пульта управления расположены выполненные в виде энкодеров органы 95 управления системами топливоподачи, подачи масла, зажигания топливовоздушной смеси, а также регуляторами 20, 45 и 62 расхода топлива, масла, и охлаждающей жидкости, соответственно, в соответствии с показаниями контрольно-измерительных приборов.

Блок 92 управления осуществляет в режиме реального времени необходимые операции с входными сигналами для получения связи термодинамических параметров газовоздушного тракта с вращением ротора и техническим состоянием испытываемого турбокомпрессора 1.

На пульте 91 управления отображаются данные, являющиеся результатом обработки исходной информации от указанных датчиков газовоздушной среды и систем подачи топлива масла и охлаждающей жидкости для наглядной оценки состояния турбокомпрессора 1 и выработки рекомендаций для операторов стенда по ручной или автоматической регулировке его характеристик.

Предлагаемый стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания предназначен также для комплексной проверки качества изготовления и сборки турбокомпрессоров в соответствии с Международным стандартом ISO 5389:2005(R) «Турбокомпрессоры. Правила проведения испытания для определения рабочих характеристик».

В шкафу 96 управления размещены устройства ввода-вывода контроллера 98. На устройства ввода в шкафу 96 управления приходят сигналы со всех датчиков стенда. Эти устройства ввода преобразуют электрический сигнал датчика в параметр, например, токовый сигнал 4-20 мА в числовое значение температуры в градусах. Контроллер 98, находящийся в блоке 92 управления пульта 91 управления, по связи «внутренняя шина X2X» последовательно опрашивает входы устройства ввода от 1 до последнего входа в шкафу 96 управления и в соответствие с программным пакетом 93 управляет последовательно устройствами вывода. На устройствах вывода формируются сигналы, функционально различные, для управления оборудованием стенда. Кроме того в шкафу 96 управления также размещены источники первичного и вторичного питания, согласующие устройства в виде промежуточных реле, защитные устройства и приводы в виде инвертора для управления трехфазным двигателем топливной станции, которые не показаны/.

Предлагаемый стенд благодаря наличию управляемых перепускных клапанов с регулируемыми поворотными заслонками, позволяет проводить испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания как при разомкнутом режиме работы стенда, так и при замкнутом или частично-замкнутом.

Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания функционирует следующим образом.

При разомкнутом режиме работы стенда воздух из компрессорной станции 68 поступает в камеру сгорания 12 через открытые поворотные заслонки перепускных клапанов 71 и 79, а воздух от компрессора 2 испытываемого ТКР 1 сбрасывается в атмосферу посредством спускного ответвления 82 и открытых перепускных клапанов 85 и 81, причем поворотные заслонки перепускных клапанов 78 и 80 в распределительном воздухоподающем трубопроводе при этом установлены в закрытом положении.

При замкнутом режиме работы стенда воздух в камеру сгорания 12 поступает от компрессора 2 испытываемого ТКР 1 через открытые перепускные клапаны 85, 80, 87 и 88. При этом поворотная заслонка перепускного клапана 71, установленного в выходном напорном патрубке 69 компрессорной станции 68 перед распределительным воздухоподающим трубопроводом и ветвью 11, содержащей камеру сгорания 12, а также поворотные заслонки перепускных клапанов 78, 79 и 81, размещенных в распределительном воздухоподающем трубопроводе, установлены в закрытом положении.

При частично-замкнутом режиме работы предлагаемого стенда перепускные клапаны 78 и 81, размещенные в распределительном воздухоподающем трубопроводе, установлены с закрытой поворотной заслонкой. Воздух при этом поступает в камеру сгорания 12 как от компрессора 2 испытываемого ТКР1 через открытые перепускные клапаны 85, 80, 87 и 88, так и через выходной напорный патрубок 69 компрессорной станции 68 и через открытый перепускной клапан 71, расположенный в нем, и через открытый перепускной клапан 79, расположенный в распределительном воздухоподающем трубопроводе. Происходит смешивание двух указанных потоков воздуха. Соотношение объемов воздуха от обоих источников его регулируют поворотными заслонками управляемых перепускных клапанов 71, 79, 85, 80, 87 и 88.

Предлагаемый стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания предназначен также для комплексной проверки качества изготовления и сборки турбокомпрессоров.

Основными измеряемыми параметрами предлагаемого стенда являются следующие:

- частота вращения ротора, об./мин;

- давление воздуха перед компрессором, кПа;

- давление воздуха после компрессора, кПа;

- температура воздуха перед компрессором, °C;

- температура воздуха после компрессора, °C;

- давление газа перед турбиной, кПа;

- давление газа после турбины, кПа;

- температура газа перед турбиной, °C;

- температура газа после турбины, °C;

- давление в масляной системе, кПа;

- температура масла перед турбокомпрессором, °C;

- давление топлива на форсунке в топливной системе, МПа;

- виброускорение, g.

Для измерения параметров (давление, температура, влажность) технологических сред выбраны датчики с нормирующим преобразователем 4-20 мА, обладающие сильным сигналом, свободным от влияния электрических помех промышленной частоты в условиях промышленной зоны, для измерения параметров температуры газа ТКР использованы термопары КТХА с классом допуска 1 и сигналом термо ЭДС.

Предлагаемый стенд успешно прошел испытания и рекомендован к внедрению в производство.

Предлагаемое техническое решение является новым и промышленно применимым.

Использование предлагаемого стенда для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания позволит повысить точность и эффективность проводимых испытаний на любых нагрузочных режимах путем имитации реальных режимов нагружения испытываемых турбокомпрессоров, а также позволит расширить диапазон мощностей и номенклатуру испытываемых турбокомпрессоров с увеличенными диаметрами рабочих колес компрессора и с охлаждением среднего корпуса.

1. Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания, содержащий корпус и установленные на нем и сообщенные с атмосферой патрубки подвода воздуха к испытываемому ТКР и отвода уходящих газов, обводной U-образный воздухоподающий патрубок, сообщающий напорный патрубок компрессора с входным патрубком турбины испытываемого ТКР, систему "горячего" запуска турбины испытуемого ТКР, включающую камеру сгорания для сжигания углеводородного топлива, размещенную в ветви обводного патрубка перед входным патрубком турбины ТКР и снабженную по меньшей мере одной топливной форсункой, систему " холодного" запуска турбины испытываемого ТКР, выполненную с возможностью раскрутки турбины своим воздушным потоком и включающую сторонний компрессор, подключенный выходным напорным патрубком к обводному воздухоподающему патрубку перед входным патрубком турбины ТКР, топливную систему, выполненную в виде контура принудительной циркуляции, включающего топливный бак, насос, топливные фильтры и систему зажигания со свечой зажигания, и снабженную по меньшей мере одним регулятором расхода топлива и соединенную через последний с соответствующей топливной форсункой, масляную систему, выполненную в виде контура принудительной циркуляции, включающего масляную емкость с теплообменником, насос, по меньшей мере один масляный фильтр, снабженную по меньшей мере одним регулятором расхода масла и подключенную к подшипниковому узлу ТКР, средства для контроля параметров испытываемого ТКР, включающие датчик скорости вращения ротора ТКР, датчик вибрации ТКР, датчики температуры и давления среды газо-воздушного тракта на входе и выходе компрессора и турбины ТКР, датчики температуры, давления и расхода топлива и масла, устройство управления стендом, содержащее пульт управления ТКР с блоком управления, включающим программный пакет, панель управления, органы управления, размещенные на панели управления, и элемент преобразования сигналов указанных средств для контроля параметров испытываемого ТКР, при этом выходы указанных средств для контроля параметров испытываемого ТКР соединены с блоком управления, отличающийся тем, что сторонний компрессор выполнен в виде компрессорной станции и ее выходной напорный патрубок снабжен виброкомпенсатором и управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, установленным с возможностью выполнения функции аварийного клапана, а стенд дополнительно снабжен распределительным воздухоподающим трубопроводом, выполненным в виде замкнутого ромбовидного патрубка, снабженного управляемыми перепускными клапанами с регулируемыми поворотными заслонками, каждый из которых расположен на одной из сторон ромба, и снабженного по наружной стороне ромба отверстиями, расположенными в зонах между смежными его сторонами с возможностью сообщения противолежащих отверстий патрубка, расположенных в одной плоскости, с выходом напорного патрубка компрессорной станции и с ветвью обводного патрубка, сообщенной с напорным патрубком компрессора испытываемого ТКР, и с возможностью сообщения противолежащих отверстий патрубка в перпендикулярной плоскости с ветвью обводного патрубка, содержащей камеру сгорания, и со спускным патрубком, сообщенным с атмосферой, каждая ветвь обводного патрубка снабжена термокомпенсатором и управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, а ветвь, содержащая камеру сгорания, дополнительно снабжена байпасным трубопроводом, сообщенным с этой ветвью обводного патрубка до и после установленного в ней клапана, и снабжена в байпасном трубопроводе дополнительным управляемым перепускным клапаном с регулируемой поворотной заслонкой, средства для контроля параметров испытываемого ТКР дополнительно содержат датчики расхода воздуха, размещенные в ветви обводного патрубка, содержащей камеру сгорания, и перед воздушным фильтром компрессора испытываемого ТКР, а также датчики температуры и давления воздуха в выходном напорном патрубке компрессорной станции, камера сгорания дополнительно снабжена индикатором и детектором пламени, устройство управления стендом дополнительно содержит шкаф управления, подключенный к пульту управления посредством внутренней шины "Х2Х", включающий входной клеммный терминал, системы ввода и вывода, приводы и выходной клеммный терминал, а элемент преобразования сигналов средств для контроля параметров выполнен в виде контроллера, введенного в состав блока управления, причем шкаф управления подключен входом своей системы ввода к выходам средств контроля параметров испытываемого ТКР и к выходам приводов, а органы управления, размещенные на панели управления, включают регуляторы, выполненные, например, в виде энкодеров, стенд дополнительно оборудован автономным технологическим компрессором, а привод регулируемых поворотных заслонок управляемых перепускных клапанов сообщен с технологическим компрессором и снабжен позиционерами, установленными с возможностью электрического регулирования положения каждой из заслонок и с возможностью осуществления перевода каждого клапана в закрытое или открытое положение.

2. Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что масляная система дополнительно содержит дополнительный датчик давления масла, расположенный перед фильтром по направлению циркуляции масла в контуре.

3. Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит систему подачи охлаждающей жидкости в полости охлаждения среднего корпуса ТКР и/или корпуса турбины, выполненную в виде контура принудительной циркуляции охлаждающей жидкости, включающего емкость с охлаждающей жидкостью, радиатор, принудительно охлаждаемый воздухом, байпасный трубопровод контура циркуляции с перепускным клапаном, датчик расхода охлаждающей жидкости, датчик давления охлаждающей жидкости и два датчика температуры охлаждающей жидкости, один из которых размещен в трубопроводе подачи охлаждающей жидкости в полости охлаждения ТКР, а другой в трубопроводе отвода охлаждающей жидкости из полости охлаждения ТКР.

4. Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что стенд оборудован автоматизированным рабочим местом, связанным с пультом управления посредством интерфейсов, например, RS 485 или RS232 или Ethernet.

5. Стенд для испытания турбокомпрессоров двигателей внутреннего сгорания по п.1, отличающийся тем, что между камерой сгорания и входным патрубком турбины испытываемого ТКР дополнительно установлен ресивер.